JP5242238B2 - Manufacturing method of piezoelectric ink jet device - Google Patents

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Description

本発明は、可撓性薄膜と、薄膜に取り付けられた圧電アクチュエータと、アクチュエータを保持する薄膜の面に接着された剛性基板とを有する圧電インクジェットデバイスの製作方法であって、
アクチュエータを保持するキャリアプレートの面に剛性基板を接合するステップと、
アクチュエータとは反対側の面でキャリアプレートから材料を除去し、薄膜を形成するキャリアプレートの薄層のみを残すステップとを含む方法に関する。 The present invention is a method of manufacturing a piezoelectric ink jet device having a flexible thin film, a piezoelectric actuator attached to the thin film, and a rigid substrate bonded to the surface of the thin film holding the actuator,
Bonding the rigid substrate to the surface of the carrier plate holding the actuator;
Removing material from the carrier plate on a side opposite the actuator, leaving only a thin layer of the carrier plate forming a thin film.

インクジェットデバイスは、圧電アクチュエータに通電するための電気信号に応じて、インク液滴を放出するためのインクジェットプリンタにおいて用いられる。アクチュエータは、通電時に、薄膜を圧力チャンバの中に収縮させ、その結果、その圧力チャンバに収容される液体インクの圧力が増大され、インク液滴が、圧力チャンバと連通するノズルから放出される。   An ink jet device is used in an ink jet printer for discharging ink droplets in response to an electrical signal for energizing a piezoelectric actuator. When energized, the actuator contracts the thin film into the pressure chamber so that the pressure of the liquid ink contained in the pressure chamber is increased and ink droplets are ejected from nozzles in communication with the pressure chamber.

通常のインクジェットプリンタにおいて、インクジェットデバイスは、プリンタの高解像度を実現するように、ノズルはきわめて小さなピッチで配置される場合には、多数のノズルおよびアクチュエータユニットからなるアレイの形態をとる。結果として、インクジェットデバイスの高いノズル密度を可能にする製作工程が、必要とされる。薄膜およびアクチュエータが、高い周波数で変化する機械的な歪みを被るため、薄膜は、アクチュエータおよび剛性基板の両方と強固にかつ高い信頼性で連結されなければならない。   In a typical ink jet printer, the ink jet device takes the form of an array of multiple nozzles and actuator units when the nozzles are arranged at a very small pitch so as to achieve the high resolution of the printer. As a result, a fabrication process is required that allows for high nozzle density of inkjet devices. Because thin films and actuators suffer from mechanical strains that change at high frequencies, the thin films must be firmly and reliably coupled to both the actuator and the rigid substrate.

知られている製作工程において、薄膜は、アノード接合によって基板に固定される。しかし、これは、アクチュエータがアノード接合の前に薄膜に接着され得ないという欠点を有する。さらに、アクチュエータが比較的薄い可撓性薄膜に固定されるときには、損傷の危険性がかなりある。   In a known manufacturing process, the thin film is fixed to the substrate by anodic bonding. However, this has the disadvantage that the actuator cannot be bonded to the membrane prior to anodic bonding. Furthermore, there is a significant risk of damage when the actuator is secured to a relatively thin flexible membrane.

米国特許出願公開第２００６／００４９７２３号明細書は、上述のタイプの方法を開示しており、キャリアプレートは、プレートの残りの部分から薄膜を分離する多孔層を含み、材料は、多孔層を機械的に破壊することによって除去される。   US 2006/0049723 discloses a method of the type described above, in which the carrier plate includes a porous layer that separates the thin film from the rest of the plate, and the material is mechanically bonded to the porous layer. Is removed by destroying.

米国特許出願公開第２００５／００４６６７８号明細書は、インクジェットデバイスおよび製作工程を開示しており、個別のアクチュエータを形成する電極層および圧電層が、薄膜の上に連続的に形成されてパターン形成される。   US 2005/0046678 discloses an inkjet device and fabrication process, in which electrode layers and piezoelectric layers forming individual actuators are successively formed and patterned on a thin film. The

米国特許出願公開第２００６／０１７６３４０号明細書は、他方の構成部材の上に一方の構成部材を積層され、共に接合され、構成部材の一方がその上に形成されるアクチュエータを有する薄膜である多数のプレート状構成部材から構成される、インクジェットデバイスに関する製作工程を開示している。アクチュエータの薄膜および種々の層は、接着層によってコーティングされ、複数の貫通孔が作成されたガラスプレートの面の上に連続的に形成される。アクチュエータを電気的に接触させるために配線パターンは、デバイスの別の構成部材を構成する剛性基板の上に形成される。これらの構成部材は次に、共に接合される。ガラスプレート上の接着層は、ガラスプレートにおける孔によって浸透する溶剤によって溶解され、その結果ガラスプレートが除去されてもよく、基板構成部材に接着されたアクチュエータおよび薄膜が残る。
米国特許出願公開第２００６／００４９７２３号明細書 米国特許出願公開第２００５／００４６６７８号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１７６３４０号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１６４６５０号明細書 U.S. Patent Application Publication No. 2006/0176340 is a thin film having an actuator in which one component is laminated on the other component and bonded together, with one of the components formed thereon. The manufacturing process regarding the inkjet device comprised from these plate-shaped structural members is disclosed. The thin film and various layers of the actuator are coated with an adhesive layer and are continuously formed on the surface of the glass plate on which a plurality of through holes have been created. In order to bring the actuator into electrical contact, the wiring pattern is formed on a rigid substrate constituting another component of the device. These components are then joined together. The adhesive layer on the glass plate is dissolved by the solvent permeating through the holes in the glass plate, so that the glass plate may be removed, leaving the actuator and thin film adhered to the substrate component.
US Patent Application Publication No. 2006/0049723 US Patent Application Publication No. 2005/0046678 US Patent Application Publication No. 2006/0176340 US Patent Application Publication No. 2004/0164650

本発明の目的は、より信頼性が高く、効率的な製作工程を提供することである。   An object of the present invention is to provide a more reliable and efficient manufacturing process.

この目的を達成するために、本発明による製作工程は、圧電アクチュエータの少なくとも１つの面に電極が用意され、アクチュエータが次に、その電極面でキャリアプレートに接着され、キャリアプレートの材料はエッチングによって除去されることを特徴とする。   To achieve this object, the fabrication process according to the present invention comprises an electrode provided on at least one surface of a piezoelectric actuator, the actuator is then glued to the carrier plate at its electrode surface, and the material of the carrier plate is etched. It is removed.

本発明は、１つまたは複数の圧電アクチュエータが、予め用意され得、次に、薄膜に接合されてもよいという利点を有する。しかし、この接合ステップにおいて、薄膜は依然として、高い安定性を有する比較的厚いキャリアプレートの部分を形成し、その結果、アクチュエータは、損傷の危険性を生じることなく、その上にしっかりと取り付けられ得る。次に、その上に取り付けられるアクチュエータを有するキャリアプレートが、剛性基板に接合されたとき、キャリアプレートの反対側の面から材料をエッチングによって除去することによって、薄膜を所望の厚さにする。   The present invention has the advantage that one or more piezoelectric actuators may be pre-prepared and then bonded to a thin film. However, in this joining step, the thin film still forms part of a relatively thick carrier plate with high stability, so that the actuator can be securely mounted on it without creating a risk of damage . Next, when the carrier plate with the actuator mounted thereon is bonded to the rigid substrate, the film is brought to the desired thickness by etching away material from the opposite surface of the carrier plate.

アクチュエータを薄膜に接合するステップおよび薄膜を剛性基板に接合するステップは、薄膜が依然として比較的厚いプレートである状態で行われるため、接合工程は堅調であり、確実に高い歩留まりで行われ得る。さらに、アクチュエータは、たとえば、アクチュエータを制御するための電子構成部材に容易に接続されてもよい。そのために、電気導線および／または電子構成部材は、アクチュエータに面する薄膜の面の上または中に形成されてもよい。最後に、アクチュエータとは反対側の面でキャリアプレートの材料を除去することによって、薄膜を所望の厚さにする場合の状態において、キャリアプレートの薄膜部分は、剛性基板にしっかりと接着され、その結果、プレートの材料は安全にかつ、十分に制御された態様で除去され得る。本発明のさらに特定の任意の特徴は、従属請求項において示されている。   Since the steps of bonding the actuator to the thin film and bonding the thin film to the rigid substrate are performed with the thin film still being a relatively thick plate, the bonding process is robust and can be reliably performed with a high yield. Furthermore, the actuator may be easily connected to an electronic component for controlling the actuator, for example. To that end, electrical conductors and / or electronic components may be formed on or in the surface of the thin film facing the actuator. Finally, by removing the carrier plate material on the opposite side of the actuator, the thin film portion of the carrier plate is firmly bonded to the rigid substrate in the condition where the thin film is to the desired thickness. As a result, the plate material can be removed safely and in a well-controlled manner. Further specific optional features of the invention are indicated in the dependent claims.

特に好ましい実施形態において、キャリアプレートは、所望の薄膜を形成する比較的薄いシリコン層と、エッチストップとして機能する絶縁二酸化ケイ素層と、後にエッチングで除去されるキャリアプレートのバルクを形成する別のシリコン層と、を有するＳＯＩ（絶縁体上シリコン）ウェハによって形成される。   In a particularly preferred embodiment, the carrier plate is a relatively thin silicon layer that forms the desired thin film, an insulating silicon dioxide layer that functions as an etch stop, and another silicon that forms a bulk of the carrier plate that is later etched away. And an SOI (silicon on insulator) wafer having a layer.

アクチュエータの読み出しまたは制御のための電子構成部材は、後に薄膜を形成するシリコン層に直接的に形成されてもよい。電子構成部材およびアクチュエータを接触させるための電気導線および電極は、絶縁層によって覆われているその層の面の上に形成されてもよい。   The electronic components for actuator readout or control may be formed directly on the silicon layer that will later form a thin film. Electrical leads and electrodes for contacting the electronic components and actuators may be formed on the surface of the layer covered by the insulating layer.

好ましくは、少なくとも１つの電極を既に備えた圧電アクチュエータは、接着剤、好ましくは熱圧着によって、キャリアプレートに接着される。これは、キャリアプレートの高い機械的安定性および熱安定性のおかげで可能である。熱圧着ステップにおいて、アクチュエータの上に形成される電極は、薄膜の上の電極層と自動的に接触させてもよく、その結果、熱圧着ステップは高い機械的安定性のみならず、良好で確実な電気接点を確保する。   Preferably, the piezoelectric actuator already provided with at least one electrode is bonded to the carrier plate by means of an adhesive, preferably thermocompression bonding. This is possible thanks to the high mechanical and thermal stability of the carrier plate. In the thermocompression step, the electrode formed on the actuator may automatically contact the electrode layer on the thin film, so that the thermocompression step is not only high mechanical stability but also good and reliable. Secure electrical contacts.

本発明による方法は、ノズルおよびアクチュエータユニットの完全なアレイのみならず、１つまたは複数のウェハをダイシングすることによって、次の別のアレイから分離され得る複数のそのようなアレイも同時に製作するために、ウェハ規模で行われてもよい。   The method according to the invention not only produces a complete array of nozzles and actuator units, but also simultaneously produces a plurality of such arrays which can be separated from another one by dicing one or more wafers. In addition, it may be performed on a wafer scale.

剛性基板は、個別のアクチュエータ、インク供給チャネル、フィードスルーなどを収容するためのチャンバを形成するために、適切にエッチングされる別のシリコンウェハによって形成されてもよい。   The rigid substrate may be formed by another silicon wafer that is appropriately etched to form a chamber for receiving individual actuators, ink supply channels, feedthroughs, and the like.

完全なアレイの圧電アクチュエータまたはさらに完全なウェハは、適切なサイズの圧電スラブの上に、少なくとも１つの電極を形成し、次に、電極を保持する圧電層の面に溝を切削することにより、互いから個別のアクチュエータを分離することによって、同時に用意されてもよい。アクチュエータは、一体型圧電本体の一部を依然として形成し、次にキャリアプレートに接合され、続いてアクチュエータは、圧電材料の連続上部部分から研磨することによって、互いから分離される。   A complete array of piezoelectric actuators or even a complete wafer is formed by forming at least one electrode on a suitably sized piezoelectric slab and then cutting grooves in the face of the piezoelectric layer holding the electrodes, It may be provided simultaneously by separating individual actuators from each other. The actuators still form part of the integral piezoelectric body and are then joined to the carrier plate, and then the actuators are separated from each other by polishing from a continuous upper portion of piezoelectric material.

別の電極層が次に、アクチュエータの上面に形成される。同時に、これらの上部電極を接触させるための電気導線は、キャリアプレートの面の上に直接的に形成されてもよい。好ましくは、電極を形成する前に、圧電アクチュエータの周縁部分は、圧電層の面を絶縁させ、アクチュエータの上部電極および下部電極を互いから確実に分離して絶縁させるために、絶縁材料のリングによって覆われる。   Another electrode layer is then formed on the top surface of the actuator. At the same time, the electrical conductors for contacting these upper electrodes may be formed directly on the surface of the carrier plate. Preferably, prior to forming the electrodes, the peripheral portion of the piezoelectric actuator is insulated by a ring of insulating material to insulate the surface of the piezoelectric layer and to ensure that the upper and lower electrodes of the actuator are isolated and insulated from each other. Covered.

ここで、本発明の好ましい実施形態が、図面に関連して記載される。   Preferred embodiments of the invention will now be described with reference to the drawings.

図１に示されているように、本発明によるインクジェットデバイスは、図１において下から上に、その上に形成されるノズル１２を有するノズルプレート１０と、ノズル１２と連通する圧力チャンバ１６を画定するチャンバプレート１４と、圧電アクチュエータ２０を保持する可撓性薄膜１８と、圧力チャンバ１６に液体インクを供給するための分配プレート２２と、任意のカバープレート２４と、を含む層状構造を有する。   As shown in FIG. 1, the inkjet device according to the present invention defines a nozzle plate 10 having nozzles 12 formed thereon and a pressure chamber 16 in communication with the nozzles 12 from bottom to top in FIG. A laminar structure including a chamber plate 14, a flexible thin film 18 holding the piezoelectric actuator 20, a distribution plate 22 for supplying liquid ink to the pressure chamber 16, and an optional cover plate 24.

チャンバプレート１４、薄膜１８および分配プレート２２は、好ましくはシリコンから構成され、したがって、半導体処理技術から知られているエッチング技術およびフォトリソグラフィック技術が、好ましくはシリコンウェハからこれらの構成部材の微細構造を確実かつ効率的に形成するために利用され得る。図１は、１つのノズルおよびアクチュエータユニットのみを示しているが、複数のノズルおよびアクチュエータユニットを含むチップ全体または複数のそのようなチップは、ウェハ処理によって並列に形成されることが可能であり、好ましい。上記の構成部材に関して同一の材料、それぞれに類似の材料の使用は、構成部材の異なる熱膨張から生じる問題が、回避され得、それぞれ最小に抑えられ得るというさらなる利点を有する。   The chamber plate 14, thin film 18 and distribution plate 22 are preferably composed of silicon, so that etching and photolithographic techniques known from semiconductor processing techniques are preferably used to refine the microstructure of these components from a silicon wafer. It can be used to form reliably and efficiently. Although FIG. 1 shows only one nozzle and actuator unit, the entire chip including a plurality of nozzles and actuator units or a plurality of such chips can be formed in parallel by wafer processing, preferable. The use of the same material for each of the components described above, similar to each other, has the further advantage that problems arising from the different thermal expansion of the components can be avoided and each can be minimized.

圧力チャンバ１６を覆い、その上壁を画定するために、可撓性薄膜１８は、接着層２６によってチャンバプレート１４にしっかりと接合される。導電構造２８は、薄膜の上面の上に形成され、少なくとも１つの面で引き出されてもよく、その結果、たとえば、ワイヤボンド３０によって接触され得る。   To cover the pressure chamber 16 and define its top wall, the flexible membrane 18 is firmly bonded to the chamber plate 14 by an adhesive layer 26. Conductive structure 28 may be formed on the top surface of the thin film and may be drawn out on at least one surface so that it can be contacted, for example, by wire bond 30.

圧電アクチュエータ２０は、導電構造２８と接触する密接な大領域に保持される下部電極３２と、上部電極３４と、下部電極３２と上部電極３４との間に挟まれる圧電層３６とを含む。圧電層３６は、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）などの圧電セラミックから構成されてもよく、場合によってはさらなる内部電極を包含してもよい。   The piezoelectric actuator 20 includes a lower electrode 32 held in a close large area in contact with the conductive structure 28, an upper electrode 34, and a piezoelectric layer 36 sandwiched between the lower electrode 32 and the upper electrode 34. The piezoelectric layer 36 may be composed of a piezoelectric ceramic such as PZT (lead zirconate titanate) and may optionally include additional internal electrodes.

圧電層３６の上面の周縁部のほか、圧電層３６の横面は、絶縁層３８によって覆われる。上部電極３４の周縁部分は、その絶縁層の上に重ねられ、薄膜１８の面の一方の側まで引き出されており、その結果、ワイヤボンド４０と電気的に接触し得る。   In addition to the peripheral edge of the upper surface of the piezoelectric layer 36, the lateral surface of the piezoelectric layer 36 is covered with an insulating layer 38. The peripheral portion of the upper electrode 34 is overlaid on the insulating layer and drawn to one side of the surface of the thin film 18, and as a result, can be in electrical contact with the wire bond 40.

ワイヤボンド３０および４０などの電気接点が構成される位置では、電気導線が、薄膜１８の上面を分配プレートにしっかりと接着するためにも用いられる別の接着層４２によって分配プレート２２に固定される。   In locations where electrical contacts such as wire bonds 30 and 40 are configured, the electrical leads are secured to the distribution plate 22 by another adhesive layer 42 that is also used to securely bond the top surface of the membrane 18 to the distribution plate. .

アクチュエータの下部電極３２および好ましくは上部電極３４も、その縁部分を含めて圧電層３６の全面を覆うことが観察され、このことは、アクチュエータの電力利得および容積変移量における増大に寄与する。絶縁層３８は、上部電極および下部電極の短絡を確実に防止し、電極が、あらゆる場所で十分な距離だけ離隔され、その結果、電圧が電極に印加されるとき、電極の間で確立される電界の強度は、圧電材料に有害でない値に確実に制限される。   It is observed that the lower electrode 32 and preferably the upper electrode 34 of the actuator also covers the entire surface of the piezoelectric layer 36 including its edge, which contributes to an increase in the actuator power gain and volumetric displacement. The insulating layer 38 reliably prevents shorting of the upper and lower electrodes, and is established between the electrodes when the electrodes are separated by a sufficient distance everywhere so that a voltage is applied to the electrodes. The strength of the electric field is reliably limited to a value that is not harmful to the piezoelectric material.

分配プレート２２は、接着層４２によって薄膜１８の上面にしっかりと接合され、アクチュエータの圧電変形を妨害しないように、十分な遊びを伴ってアクチュエータ２０を収容するチャンバ４４を画定する。したがって、アクチュエータ２０は、圧力チャンバ１６および供給システムにおけるインクからのみならず、周辺空気からも遮蔽され、したがって、圧電材料の経年変化に起因するアクチュエータの劣化が最小限に抑えられる。   The distribution plate 22 is firmly bonded to the upper surface of the thin film 18 by an adhesive layer 42 and defines a chamber 44 that houses the actuator 20 with sufficient play so as not to interfere with the piezoelectric deformation of the actuator. Thus, the actuator 20 is shielded not only from the ink in the pressure chamber 16 and the supply system, but also from ambient air, thus minimizing actuator degradation due to aging of the piezoelectric material.

チャンバ４４は、圧電材料と反応しない窒素またはアルゴンなどの気体で充填されてもよく、または真空排気状態またはわずかな亜大気圧下で保持されてもよい。別の実施形態において、チャンバ４４が大気圧下で空気を包含している場合には、制限された通気孔を介して環境と連通することが好ましく、その結果、チャンバ内の圧力は、大気圧と釣り合ってもよいが、空気の交換は、圧電材料の経年変化を回避するように制限される。   The chamber 44 may be filled with a gas such as nitrogen or argon that does not react with the piezoelectric material, or may be held in an evacuated state or under a slight subatmospheric pressure. In another embodiment, if the chamber 44 contains air at atmospheric pressure, it is preferable to communicate with the environment through a restricted vent so that the pressure in the chamber is atmospheric pressure. However, air exchange is limited to avoid aging of the piezoelectric material.

アクチュエータチャンバ４４の上であって、アクチュエータチャンバ４４から離隔して、分配プレート２２がその少なくとも１つの端部でインク容器（図示せず）に接続される広いインク供給チャネル４６を画定する。場合によっては、インク容器は、カバープレート２４の代わりに、インクチャネル４６の上部に直接的に設けられてもよい。   Above the actuator chamber 44 and spaced apart from the actuator chamber 44, the distribution plate 22 defines a wide ink supply channel 46 that is connected to an ink container (not shown) at at least one end thereof. In some cases, the ink container may be provided directly on top of the ink channel 46 instead of the cover plate 24.

アクチュエータチャンバ４４から横方向にずれた位置において、分配プレート２２は、薄膜１８における小さな穿孔によって形成されるフィルタ通路５０を介してインク供給チャネル４６を圧力チャンバ１６に接続するフィードスルー４８を画定する。フィルタ通路５０は、インクに包含され得る不純物が圧力チャンバ１６に入らないようにし、同時に、圧力がアクチュエータ２０によって圧力チャンバ１６に構成され得る程度にインク供給チャネル４６と圧力チャンバ１６との間の連通を制限する。そのために電極３２、３４に電圧が印加されるとき、アクチュエータの圧電層３６は、撓んだ状態で変形する。インク液滴がノズル１２から排出されることになっている場合には、圧力チャンバの容積を増大するために、圧電層３６が圧力チャンバ１６から膨れ上がって、したがって薄膜１８を変形するような極性を有する第１の電圧でアクチュエータが作動されることが好ましい。結果として、インクは、フィルタ通路５０を介して吸引される。次に、電圧が切られるか、または逆の極性を有する電圧パルスが印加され、その結果、圧力チャンバ１６の容積が再び減少し、圧力波が圧力チャンバに収容される液体インクに生成される。この圧力波は、ノズル１２に伝搬し、インク液滴の排出を生じる。   At a position laterally offset from the actuator chamber 44, the distribution plate 22 defines a feedthrough 48 that connects the ink supply channel 46 to the pressure chamber 16 through a filter passage 50 formed by small perforations in the membrane 18. The filter passage 50 prevents impurities that may be contained in the ink from entering the pressure chamber 16 and at the same time communicates between the ink supply channel 46 and the pressure chamber 16 to the extent that pressure can be established in the pressure chamber 16 by the actuator 20. Limit. Therefore, when a voltage is applied to the electrodes 32 and 34, the piezoelectric layer 36 of the actuator is deformed in a bent state. If ink droplets are to be ejected from the nozzle 12, the polarity will cause the piezoelectric layer 36 to bulge out of the pressure chamber 16 and thus deform the membrane 18 in order to increase the volume of the pressure chamber. The actuator is preferably operated with a first voltage having: As a result, ink is sucked through the filter passage 50. The voltage is then turned off or a voltage pulse having the opposite polarity is applied, so that the volume of the pressure chamber 16 decreases again and a pressure wave is generated in the liquid ink contained in the pressure chamber. This pressure wave propagates to the nozzle 12 and causes ink droplets to be discharged.

インク供給チャネル４６が圧力チャンバ１６の上部（およびアクチュエータ２０の上部）に形成されるインクジェットデバイスの上述の構成は、１つのノズルおよびアクチュエータユニットのコンパクトな構造を可能にし、その結果、複数のそのようなユニットによって形成されるチップの高い集積密度を可能にするという利点を有する。結果として、高いノズル密度が、高解像度で高速の印刷のために達成され得る。にもかかわらず、デバイスは、大量生産に特に適した簡単かつ効率的な製作工程で生産されてもよい。特に、電気接続および、場合によっては電子構成部材５２は、分配プレート２２と共に集合される前に、薄膜１８の一方の面で容易に形成され得る。   The above-described configuration of the ink jet device in which the ink supply channel 46 is formed in the upper portion of the pressure chamber 16 (and the upper portion of the actuator 20) allows for a compact construction of one nozzle and actuator unit, resulting in a plurality of such This has the advantage of allowing a high integration density of chips formed by simple units. As a result, high nozzle density can be achieved for high resolution and high speed printing. Nevertheless, the device may be produced with a simple and efficient manufacturing process particularly suitable for mass production. In particular, the electrical connections and possibly the electronic components 52 can be easily formed on one side of the membrane 18 before being assembled with the distribution plate 22.

接地電極３２（またはあるいはアクチュエータを作動するための電極）を形成する金属層は、図１の図の平面に対して垂直な方向において、フィルタ通路５０からずれた位置で引き出されるか、またはフィルタ通路の周囲に形成されることは理解されよう。   The metal layer forming the ground electrode 32 (or the electrode for actuating the actuator) is drawn at a position offset from the filter passage 50 in a direction perpendicular to the plane of the drawing of FIG. It will be understood that it is formed around.

図２は、図１における円Ｘによって印がつけられた部分の詳細な拡大図である。示された実施例において、電子構成部材５２の部品、たとえば、センサまたはスイッチングトランジスタまたはアクチュエータ２０を制御するための駆動回路は、シリコン材料に適切にドーピングすることによって、薄膜１８の上面に埋め込まれている。さらに、その実施例において、電極３２の延長部またはタブは、薄膜の面の上の誘電層５１における開口部５４を介して電子構成部材５２との確実な接続を形成する。   FIG. 2 is a detailed enlarged view of the portion marked by circle X in FIG. In the illustrated embodiment, the components of the electronic component 52, for example, a drive circuit for controlling the sensor or switching transistor or actuator 20, are embedded in the top surface of the thin film 18 by appropriate doping of the silicon material. Yes. Further, in that embodiment, the extension or tab of electrode 32 forms a secure connection with electronic component 52 through opening 54 in dielectric layer 51 above the surface of the thin film.

図３は、図１に関連して記載された原理に基づいて構成される複数のノズルおよびアクチュエータユニットを含むチップ５６を示している。ここで、チップの主構成部材、すなわちチャンバプレート１４、アクチュエータ２０を有する薄膜１８および分配プレート２２は、明確にするために、互いから離隔して示されている。   FIG. 3 shows a chip 56 that includes a plurality of nozzles and actuator units constructed according to the principles described in connection with FIG. Here, the main components of the chip, namely the chamber plate 14, the thin film 18 with the actuator 20, and the distribution plate 22 are shown spaced apart from one another for clarity.

この実施例において、圧力チャンバ１６は、回転対称に交互に並べられており、その結果、これらのチャンバのペアは、共通のチャネル４６および共通のフィードスルー４８からインクが供給され得る。各圧力チャンバ１６用のフィルタ通路５０は、ノズル１２に接続される端部部分と反対側のそれぞれの圧力チャンバ１６の端部分の上に配置される。これは、その中に包含される可能性があり、液滴生成工程に悪影響を及ぼす任意の気泡を除去するために、圧力チャンバがインクを豊富に持ち得るという利点を有する。   In this embodiment, the pressure chambers 16 are alternately arranged in rotational symmetry so that these chamber pairs can be supplied with ink from a common channel 46 and a common feedthrough 48. A filter passage 50 for each pressure chamber 16 is disposed on the end portion of each pressure chamber 16 opposite the end portion connected to the nozzle 12. This has the advantage that the pressure chamber can be rich in ink to remove any bubbles that may be included therein and adversely affect the droplet generation process.

図３に示されるチップ５６は、ノズルおよびアクチュエータユニットの２次元アレイを形成しており、複数のそのようなユニットが、図３の図の平面に対して垂直方向に整列されている。示された実施例において、各アクチュエータ２０は、分配プレート２２と一体に形成される横断壁５８によって隣接するチャンバから離隔される個別のチャンバ４４に収容される。上述したように、これらのチャンバは、制限された通気孔６０を介して連通してもよい。別法として、横断壁５８はなくてもよく、その結果、同一の行に整列されるアクチュエータ２０は、共通の連続するチャンバ４４に収容される。   The chip 56 shown in FIG. 3 forms a two-dimensional array of nozzle and actuator units, and a plurality of such units are aligned perpendicular to the plane of the diagram of FIG. In the illustrated embodiment, each actuator 20 is housed in a separate chamber 44 that is separated from the adjacent chamber by a transverse wall 58 that is integrally formed with the distribution plate 22. As described above, these chambers may communicate via a restricted vent 60. Alternatively, there may be no transverse wall 58 so that the actuators 20 aligned in the same row are housed in a common continuous chamber 44.

図４に示されたように、薄膜１８、分配プレート２２および、場合によってはチャンバプレート１４のそれぞれは、個別のウェハ６２を処理することによって形成されてもよい。複数のチップ５６の構成部材は、１つのウェハから形成されてもよい。図４において右側に示されたチップ５６に関して示されているものは、インク供給チャネル４６およびフィードスルー４８を有する分配プレート２２の上部平面図である。図４における左側のチップは、部分的に破断して示されているため、チップの層状構造を見ることができる。   As shown in FIG. 4, each of the thin film 18, the distribution plate 22, and possibly the chamber plate 14, may be formed by processing a separate wafer 62. The constituent members of the plurality of chips 56 may be formed from one wafer. Shown with respect to chip 56 shown on the right side in FIG. 4 is a top plan view of distribution plate 22 having ink supply channels 46 and feedthroughs 48. The left chip in FIG. 4 is shown partially broken, so that the layered structure of the chip can be seen.

分配プレート２２の真下の層６４は、５列のアクチュエータを示している。最初の２列は、突出した導線を有する上部電極３４の上部平面図を示している。この実施形態において、図１４から図１６に関連して詳細に後述されるように、電極３４の領域およびフィードスルー４８と一致する領域以外は、薄膜１８の全面は、絶縁層３８によって覆われている。図４における最初の列はまた、導線に接続され、絶縁層３８の面に設けられる導電路６６も示している。層６４における最後の３列は、上部電極のない圧電層３６を示している。   The layer 64 directly below the distribution plate 22 shows five rows of actuators. The first two rows show a top plan view of the upper electrode 34 having protruding conductors. In this embodiment, the entire surface of the thin film 18 is covered with an insulating layer 38 except for the region of the electrode 34 and the region corresponding to the feedthrough 48, as will be described in detail later with reference to FIGS. Yes. The first column in FIG. 4 also shows a conductive path 66 connected to the conductor and provided on the surface of the insulating layer 38. The last three columns in layer 64 show the piezoelectric layer 36 without the top electrode.

次の層６８において、絶縁層３８は除去されていることから、フィルタ通路５０を有する薄膜１８が見えるようになっている。この層の第２の列において、下部電極３２を示すために、圧電層３６もまた除去されている。   In the next layer 68, the insulating layer 38 has been removed so that the thin film 18 with the filter passage 50 can be seen. In the second row of this layer, the piezoelectric layer 36 has also been removed to show the lower electrode 32.

チップの一番下の３列は、圧力チャンバ１６およびノズル１２を有するチャンバプレート１４の上部平面図を示している。この実施例において、フィルタ通路は、ラビリンス７０を介して圧力チャンバ１６と連通している。これらのラビリンスは、十分な流れの制限を提供するように機能する。図示されているように、圧力チャンバ１６は、略四角形の形状を有し、ラビリンスは、ノズル１２に対して対角線方向に反対側の位置のチャンバの隅に通じている。   The bottom three rows of the chip show a top plan view of the chamber plate 14 with the pressure chamber 16 and nozzle 12. In this embodiment, the filter passage is in communication with the pressure chamber 16 via the labyrinth 70. These labyrinths function to provide sufficient flow restriction. As shown, the pressure chamber 16 has a generally square shape, and the labyrinth leads to a corner of the chamber that is diagonally opposite the nozzle 12.

ここで、インクジェットデバイスおよびチップ５６を生産するための方法の好ましい実施形態が、記載される。   A preferred embodiment of a method for producing an inkjet device and chip 56 will now be described.

図５から図１３は、アクチュエータ２０を有する薄膜１８を形成する方法を示している。第一に、図５に示されているように、圧電材料のスラブ７２が用意され、下部電極３２および上面にある別の電極７４に備えられる。これらの電極は、圧電材料に極性を付与するために用いられてもよい。スラブ７２は、少なくともチップ５６全体のサイズを有することが好ましいものとする。利用可能であれば、ウェハサイズのスラブが用いられることも可能であり、または複数のスラブがウェハサイズのキャリアプレートにそれらの電極７４によって接着されてもよい。スラブ７２の厚さは、たとえば、２００から５００μｍの範囲であってもよい。   5 to 13 show a method of forming the thin film 18 having the actuator 20. First, as shown in FIG. 5, a slab 72 of piezoelectric material is provided and provided on the lower electrode 32 and another electrode 74 on the top surface. These electrodes may be used to impart polarity to the piezoelectric material. It is preferable that the slab 72 has at least the size of the entire chip 56. If available, wafer size slabs can be used, or multiple slabs may be bonded to their wafer size carrier plates by their electrodes 74. The thickness of the slab 72 may be in the range of 200 to 500 μm, for example.

図６に示されているように、溝７６が、アクチュエータの圧電層３６の意図された厚さよりわずかに大きい深さまでスラブ７２の底面に切削される。図面には図示されていないが、溝７６は、交差するように延在し、したがって、下部電極３２によって覆われる圧電層３６を後に形成することになる突出するプラットフォームが残る。これらのプラットフォームのパターンは、チップ５６におけるアクチュエータの意図されたアレイに対応する。   As shown in FIG. 6, a groove 76 is cut in the bottom surface of the slab 72 to a depth slightly greater than the intended thickness of the piezoelectric layer 36 of the actuator. Although not shown in the drawings, the grooves 76 extend across, thus leaving a protruding platform that will later form the piezoelectric layer 36 covered by the lower electrode 32. These platform patterns correspond to the intended array of actuators on chip 56.

次に、図７に示されているように、下部電極３２の下面は、接着層７８、たとえば、タンポン印刷、ローラ塗装、吹き付け塗装などによって覆われる。   Next, as shown in FIG. 7, the lower surface of the lower electrode 32 is covered with an adhesive layer 78, such as tampon printing, roller coating, spray coating, or the like.

さらに、ウェハサイズのキャリアプレート８０が用意され、導電構造２８がその上面に適切なパターンによって形成される。キャリアプレート８０は、後に薄膜１８を形成することになる上部シリコン層と、後にエッチングされて除去される下部シリコン層８２と、２つのシリコン層を離隔し、エッチストップとして機能する二酸化ケイ素層８４とを有するＳＯＩウェハによって形成されることが好ましい。   Further, a wafer-sized carrier plate 80 is prepared, and the conductive structure 28 is formed on the upper surface thereof with an appropriate pattern. The carrier plate 80 includes an upper silicon layer that will later form the thin film 18, a lower silicon layer 82 that is later etched away and a silicon dioxide layer 84 that separates the two silicon layers and functions as an etch stop. Preferably, it is formed by an SOI wafer having

現実的な実施形態において、上部シリコン層およびしたがって薄膜１８は、１μｍから２５μｍ、または約１０μｍの厚さを有してもよく、エッチストップは、０．１から２μｍの厚さを有し、下部シリコン層８２は、１５０から１０００μｍの厚さを有してもよいため、高い機械的安定性が確保される。   In a practical embodiment, the top silicon layer and thus the thin film 18 may have a thickness of 1 μm to 25 μm, or about 10 μm, and the etch stop has a thickness of 0.1 to 2 μm and the bottom Since the silicon layer 82 may have a thickness of 150 to 1000 μm, high mechanical stability is ensured.

スラブ７２は次に、キャリアプレート８０の上面に対して押し付けられ、意図されたアクチュエータの下部電極３２は、熱圧着によって導電構造２８に強固に接合される。この工程において、図８に示されているように、接着層７８は、圧搾され、各圧電層３６の周縁にメニスカスを形成し、導電構造２８および電極３２は、互いと電気的に接触する。   The slab 72 is then pressed against the upper surface of the carrier plate 80, and the intended lower electrode 32 of the actuator is firmly bonded to the conductive structure 28 by thermocompression bonding. In this step, as shown in FIG. 8, the adhesive layer 78 is squeezed to form a meniscus at the periphery of each piezoelectric layer 36, and the conductive structure 28 and electrode 32 are in electrical contact with each other.

スラブ７２の圧電材料は通常、焦電特性を有するため、電気的な損傷を回避するために、熱圧着工程中、電極３２および７４を短絡することが好都合である。あるいは、接着層の代わりに、金層または金バンプ（ｂｕｍｐ）が、意図されたアクチュエータの下部電極および／または接地電極に設けられる場合には、熱圧着の代わりに、超音波接合が、用いられてよい。   Since the piezoelectric material of the slab 72 typically has pyroelectric properties, it is advantageous to short the electrodes 32 and 74 during the thermocompression process to avoid electrical damage. Alternatively, if a gold layer or gold bump is provided on the lower electrode and / or ground electrode of the intended actuator instead of the adhesive layer, ultrasonic bonding is used instead of thermocompression bonding. It's okay.

次に、図８に示されているように、電極７４およびスラブ７２の連続上部部分が、たとえば、研磨によって除去され、その結果、アクチュエータの圧電層３６の所望のアレイのみが、キャリアプレート８０に残る。   Next, as shown in FIG. 8, the continuous upper portion of the electrode 74 and slab 72 is removed, for example, by polishing, so that only the desired array of piezoelectric layers 36 of the actuator is on the carrier plate 80. Remain.

図９に示されているように、次のステップは、絶縁層３８を形成することである。この層は、たとえば、スピン塗装、吹き付け塗装、スパッタリングＰＶＤ、ＣＶＤなどによって、少なくとも圧電層３６の全面の上、その側壁の上および接着層７８によって形成されるメニスカスの上にそれぞれ形成される。絶縁層３８は、ＳＵ８またはＢＣＢなどの光硬化可能なエポキシ樹脂によって形成されることが好ましい。保持されることになっている層３８の部分は、樹脂を硬化するために露光され、非露光部分が除去される。   As shown in FIG. 9, the next step is to form an insulating layer 38. This layer is formed on at least the entire surface of the piezoelectric layer 36, its sidewalls, and the meniscus formed by the adhesive layer 78, for example, by spin coating, spray coating, sputtering PVD, CVD, or the like. The insulating layer 38 is preferably formed of a photocurable epoxy resin such as SU8 or BCB. The portion of layer 38 that is to be retained is exposed to cure the resin and the unexposed portions are removed.

図１０に示されているように、上部電極３４が印加されることになっている場合には、層３８は、少なくとも圧電層３６の中央部分から除去される。   As shown in FIG. 10, when the top electrode 34 is to be applied, the layer 38 is removed from at least the central portion of the piezoelectric layer 36.

次に、図１１に示されているように、上部電極３４は、たとえば、スパッタリングまたは任意の他の適切な工程によって、圧電層３６の露出された上面の上に形成される。図１１の右側に示されているように、上部電極に電気的に接触可能にするために、この電極は、絶縁層３８の上方で少なくとも１つの側で、キャリアプレート８０の上面まで延在される。短絡回路を回避し、電極間で発生される電界の強度を制限するために、絶縁層３８は、上部電極３４の金属が、下部電極３２および導電構造２８から十分な距離だけ確実に離隔され続けることを確保する。   Next, as shown in FIG. 11, the top electrode 34 is formed on the exposed top surface of the piezoelectric layer 36, for example, by sputtering or any other suitable process. As shown on the right side of FIG. 11, in order to be able to make electrical contact with the upper electrode, this electrode extends on at least one side above the insulating layer 38 to the upper surface of the carrier plate 80. The In order to avoid short circuits and limit the strength of the electric field generated between the electrodes, the insulating layer 38 ensures that the metal of the upper electrode 34 remains separated from the lower electrode 32 and the conductive structure 28 by a sufficient distance. To ensure that.

図１１に示されるステップは、圧電アクチュエータ２０の形成を完成する。図１２に示される次のステップにおいて、分配プレート２２は、キャリアプレート８０の上面に接合される。分配プレート２２は、適切なシリコンウェハをエッチングすることによって個別に用意される。たとえば、供給チャネル４６の比較的粗い構造は、コスト効率のよい異方性ウェットエッチング工程において形成されてもよいのに対して、アクチュエータチャンバ４４およびフィードスルー４８の微細構造は下からのドライエッチングによって形成されてもよい。   The steps shown in FIG. 11 complete the formation of the piezoelectric actuator 20. In the next step shown in FIG. 12, the distribution plate 22 is joined to the upper surface of the carrier plate 80. The distribution plate 22 is prepared separately by etching a suitable silicon wafer. For example, the relatively coarse structure of the supply channel 46 may be formed in a cost-effective anisotropic wet etch process, while the microstructure of the actuator chamber 44 and feedthrough 48 is formed by dry etching from below. It may be formed.

分配プレート２２は次に、アセンブリを操作するためのハンドルとして用いられ得る剛性基板として機能する。   Distribution plate 22 then functions as a rigid substrate that can be used as a handle for manipulating the assembly.

次に、分配プレート２２およびキャリアプレート８０を形成するジョイントウェハは、キャリアプレート８０の下方シリコン層８２が、二酸化ケイ素層８４によって形成されるエッチストップまでエッチングによって除去される場合にはエッチング段階に移行される。二酸化ケイ素層は実質的に除去され、その上に取り付けられ、剛性の分配プレート２２にしっかり固定されたアクチュエータ２０を有する薄い可撓性薄膜１８のみが残る。   The joint wafer forming the distribution plate 22 and the carrier plate 80 then proceeds to the etching stage if the lower silicon layer 82 of the carrier plate 80 is etched away until the etch stop formed by the silicon dioxide layer 84. Is done. The silicon dioxide layer is substantially removed, leaving only a thin flexible membrane 18 with the actuator 20 mounted thereon and secured to the rigid distribution plate 22.

フィルタ通路５０は、同一のエッチングステップまたは個別のエッチングステップにおいて、たとえば、ハードマスクとしてパターン形成された二酸化ケイ素層を用いることによって、またはフォトレジストマスクを用いることによって、またはレーザ切削などの任意の他の工程を用いることによって形成されてもよい。結果は、図１３に示されている。   Filter passage 50 may be used in the same or separate etching steps, for example, by using a patterned silicon dioxide layer as a hard mask, or by using a photoresist mask, or any other such as laser cutting. It may be formed by using the process. The result is shown in FIG.

可撓性薄膜１８は、分配プレート２２によって裏付けされているため、薄膜１８をチャンバプレート１４に接合することを含むさらなる処理ステップにおいて確実に処理され得る。この段階において、薄膜１８および一方の面に分配プレート２２、他方の面にチャンバプレート１４のアセンブリが、ウェハサイズを有する場合には、アクチュエータ２０およびフィルタ通路５０は、単独の整列ステップにおいてウェハ上にすべてのチップのための圧力チャンバ１６と正確に整列されてもよい。最後に、ジョイントウェハは、個別のチップ５６を形成するためにダイシングされる。   Because the flexible membrane 18 is backed by the distribution plate 22, it can be reliably processed in further processing steps including joining the membrane 18 to the chamber plate 14. At this stage, if the membrane 18 and the assembly of the distribution plate 22 on one side and the chamber plate 14 on the other side have a wafer size, the actuator 20 and the filter passage 50 are placed on the wafer in a single alignment step. It may be precisely aligned with the pressure chamber 16 for all chips. Finally, the joint wafer is diced to form individual chips 56.

別法として、当然のことながら、薄膜１８および分配プレート２２を形成するジョイントウェハのみをダイシングして、個別のチャンバプレート１４を用いてそれらを組み立てることが可能である。   Alternatively, it will be appreciated that only the joint wafers that form the thin film 18 and distribution plate 22 can be diced and assembled using individual chamber plates 14.

図９から図１３に示される実施例において、絶縁層３８は、圧電層３６の上面の上では比較的小さい厚さを有し、薄膜および導電構造２８の面の上ではそれぞれより大きな厚さを有する。比較のため、図１は、絶縁層３８が均一な厚さを有する実施形態を示している。   In the embodiment shown in FIGS. 9-13, the insulating layer 38 has a relatively small thickness on the top surface of the piezoelectric layer 36 and a greater thickness on the surface of the thin film and conductive structure 28, respectively. Have. For comparison, FIG. 1 shows an embodiment in which the insulating layer 38 has a uniform thickness.

図１４は、さらに別の実施形態を示しており、図９のステップは、絶縁層３８が平坦で連続的な上面を有するキャリアプレート８０の全面の上に形成される、すなわち、圧電層３６、下部電極３２および導電構造２８が絶縁層３８に完全に埋め込まれるという点において改変される。この実施形態は、図４に示される実施例に対応する。   FIG. 14 shows yet another embodiment, in which the steps of FIG. 9 are performed on the entire surface of the carrier plate 80 with the insulating layer 38 having a flat and continuous upper surface, ie, the piezoelectric layer 36, Modification is made in that the lower electrode 32 and the conductive structure 28 are completely embedded in the insulating layer 38. This embodiment corresponds to the example shown in FIG.

再び、図１５に示されているように、光硬化可能な絶縁層３８が露出され、少なくとも圧電層３６を覆う部分およびフィードスルー４８と一致する部分８６において、樹脂が除去される。   Again, as shown in FIG. 15, the photo-curable insulating layer 38 is exposed, and the resin is removed at least at the portion covering the piezoelectric layer 36 and at the portion 86 coinciding with the feedthrough 48.

最後に、図１６に示されているように、アクチュエータの上部電極３４が塗布され、絶縁層３８の平坦な上面に延在する。アクチュエータを電気的に接触するために使用される手順に応じて、これは、電気接点の形成を容易にし得る。   Finally, as shown in FIG. 16, the actuator upper electrode 34 is applied and extends over the flat top surface of the insulating layer 38. Depending on the procedure used to electrically contact the actuator, this may facilitate the formation of electrical contacts.

手順の残りは、図９から図１２に関連して説明した手順に対応する。   The remainder of the procedure corresponds to the procedure described in connection with FIGS.

本発明による方法によって製作される個別のインクジェットデバイスの断面図である。Figure 2 is a cross-sectional view of an individual inkjet device made by the method according to the present invention. 図１に示されるデバイスの拡大詳細図である。FIG. 2 is an enlarged detail view of the device shown in FIG. 1. 複数のノズルおよびアクチュエータユニットのアレイを形成されるインクジェットデバイスの構成部材の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the structural member of the inkjet device in which the array of a some nozzle and actuator unit is formed. ウェハから製作されるときに、図３に示されるタイプのアレイの部分平面図である。FIG. 4 is a partial plan view of an array of the type shown in FIG. 3 when fabricated from a wafer. 薄膜の上に圧電アクチュエータを用意して取り付けるための方法の複数のステップを示している。Fig. 3 shows the steps of a method for preparing and mounting a piezoelectric actuator on a thin film. 薄膜の上に圧電アクチュエータを用意して取り付けるための方法の複数のステップを示している。Fig. 3 shows the steps of a method for preparing and mounting a piezoelectric actuator on a thin film. 薄膜の上に圧電アクチュエータを用意して取り付けるための方法の複数のステップを示している。Fig. 3 shows the steps of a method for preparing and mounting a piezoelectric actuator on a thin film. 薄膜の上に圧電アクチュエータを用意して取り付けるための方法の複数のステップを示している。Fig. 3 shows the steps of a method for preparing and mounting a piezoelectric actuator on a thin film. 薄膜の上にアクチュエータを完成するための方法の複数のステップを示している。Fig. 4 shows the steps of a method for completing an actuator on a thin film. 薄膜の上にアクチュエータを完成するための方法の複数のステップを示している。Fig. 4 shows the steps of a method for completing an actuator on a thin film. 薄膜の上にアクチュエータを完成するための方法の複数のステップを示している。Fig. 4 shows the steps of a method for completing an actuator on a thin film. 薄膜を剛性基板に接着するステップを示している。Fig. 4 illustrates the step of bonding a thin film to a rigid substrate. 薄膜を開放するステップを示している。The step of opening the membrane is shown. 本発明の改変実施形態に関する図９に類似のステップを示している。FIG. 9 shows similar steps to FIG. 9 for a modified embodiment of the present invention. 本発明の改変実施形態に関する図１０に類似のステップを示している。FIG. 11 shows similar steps to FIG. 10 for a modified embodiment of the present invention. 本発明の改変実施形態に関する図１１に類似のステップを示している。FIG. 11 shows similar steps to FIG. 11 for a modified embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ノズルプレート
１２ ノズル
１４ チャンバプレート
１６ 圧力チャンバ
１８ 可撓性薄膜
２０ 圧電アクチュエータ
２２ 分配プレート
２４ カバープレート
２６、４２、７８ 接着層
２８ 導電構造
３０、４０ ワイヤボンド
３２ 下部電極
３４ 上部電極
３６ 圧電層
３８ 絶縁層
４４ アクチュエータチャンバ
４６ インク供給チャネル
４８ フィードスルー
５０ フィルタ通路
５１ 誘電層
５２ 電子構成部材
５４ 開口部
５６ チップ
５８ 横断壁
６０ 通気孔
６２ ウェハ
６４、６８ 層
６６ 導電路
７０ ラビリンス
７２ 圧電材料スラブ
７４ 電極
７６ 溝
８０ キャリアプレート
８２ シリコン層
８４ 二酸化ケイ素層
８６ 部分
Ｘ 円 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Nozzle plate 12 Nozzle 14 Chamber plate 16 Pressure chamber 18 Flexible thin film 20 Piezoelectric actuator 22 Distribution plate 24 Cover plate 26, 42, 78 Adhesive layer 28 Conductive structure 30, 40 Wire bond 32 Lower electrode 34 Upper electrode 36 Piezoelectric layer 38 Insulating layer 44 Actuator chamber 46 Ink supply channel 48 Feedthrough 50 Filter passage 51 Dielectric layer 52 Electronic component 54 Opening 56 Chip 58 Transverse wall 60 Vent 62 Wafer 64, 68 Layer 66 Conductive path 70 Labyrinth 72 Piezoelectric material slab 74 Electrode 76 groove 80 carrier plate 82 silicon layer 84 silicon dioxide layer 86 part X circle

Claims (9)

可撓性薄膜（１８）と、薄膜に取り付けられる圧電アクチュエータ（２０）と、アクチュエータ（２０）を保持する薄膜（１８）の面に接着された剛性基板（２２）とを有する圧電インクジェットデバイスの製作方法であって、
アクチュエータ（２０）を保持するキャリアプレート（８０）の面に剛性基板（２２）を接合するステップと、
アクチュエータ（２０）とは反対側の面でキャリアプレート（８０）から材料（８２）を除去し、次に薄膜（１８）を形成するキャリアプレートの薄層のみを残すステップとを含み、
圧電アクチュエータ（２０）の少なくとも１つの面に電極（３２）が用意され、アクチュエータ（２０）が次にその電極面でキャリアプレート（８０）に接着され、キャリアプレート（８０）の材料がエッチングによって除去され、
複数のアクチュエータ（２０）のための圧電層（３６）が、アクチュエータの前記少なくとも１つの電極（３２）を保持する面で、圧電材料の共通のスラブ（７２）に溝（７６）を切削することによって形成され、スラブ（７２）が、キャリアプレート（８０）に取り付けられ、アクチュエータの圧電層（３６）が、スラブ（７２）の連続上部部分を除去することによって、互いから離隔されることを特徴とする、方法。 Fabrication of a piezoelectric inkjet device having a flexible thin film (18), a piezoelectric actuator (20) attached to the thin film, and a rigid substrate (22) bonded to the surface of the thin film (18) holding the actuator (20). A method,
Bonding the rigid substrate (22) to the surface of the carrier plate (80) holding the actuator (20);
Removing material (82) from the carrier plate (80) on the side opposite the actuator (20), and then leaving only a thin layer of the carrier plate to form a thin film (18),
An electrode (32) is provided on at least one surface of the piezoelectric actuator (20), and the actuator (20) is then bonded to the carrier plate (80) at the electrode surface, and the material of the carrier plate (80) is removed by etching. It is,
A piezoelectric layer (36) for a plurality of actuators (20) cuts a groove (76) in a common slab (72) of piezoelectric material at the surface holding the at least one electrode (32) of the actuator. formed by, wherein the slab (72) is attached to the carrier plate (80), the piezoelectric layer of the actuator (36), by removing the continuous top portion of the slab (72), the Rukoto spaced apart from one another And the method. キャリアプレート（８０）が、ＳＯＩウェハであり、そのウェハの酸化物層（８４）が、エッチストップとして用いられる、請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the carrier plate (80) is an SOI wafer and the oxide layer (84) of the wafer is used as an etch stop. インク供給システムおよびアクチュエータ（２０）を収容するためのチャンバ（４４）を画定する分配プレート（２２）が、剛性基板として用いられる請求項１または２に記載の方法。 Distributor plate defining a chamber (44) for receiving the actuator (20) and contact an ink supply system (22) A method according to claim 1 or 2 is used as a rigid substrate. 分配プレート（２２）が、シリコンウェハを構造化することによって形成される、請求項３に記載の方法。   4. The method according to claim 3, wherein the distribution plate (22) is formed by structuring a silicon wafer. 複数のノズルおよびアクチュエータユニットを有する少なくとも１つのチップ（５６）のための複数のアクチュエータ（２０）が、共通のウェハ（６２）上に形成される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。   The plurality of actuators (20) for at least one chip (56) having a plurality of nozzles and actuator units are formed on a common wafer (62). the method of. 前記少なくとも１つのチップ（５６）の分配プレート（２２）が、共通のウェハの上に形成され、分配プレート（２２）およびキャリアプレート（８０）を形成するウェハが、個別のチップ（５６）に分離される前に、共に接合される、請求項５に記載の方法。   The distribution plate (22) of the at least one chip (56) is formed on a common wafer, and the wafer forming the distribution plate (22) and the carrier plate (80) is separated into individual chips (56). The method of claim 5, wherein the methods are joined together before being performed. アクチュエータ（２０）が、熱圧着によってキャリアプレートに接着される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the actuator (20) is bonded to the carrier plate by thermocompression bonding. 前記アクチュエータ（２０）は、キャリアプレート（８０）に接着される状態で、両面に電極（３２、７４）を有し、これらの電極が、熱圧着中に短絡される、請求項７に記載の方法。   8. The actuator (20) according to claim 7, wherein the actuator (20) has electrodes (32, 74) on both sides in a state of being bonded to a carrier plate (80), and these electrodes are short-circuited during thermocompression bonding. Method. 剛性基板（２２）と、アクチュエータ（２０）を有する薄膜（１８）のジョイント構造を圧力チャンバ（１６）が形成されるチャンバプレート（１４）に接合し、アクチュエータが薄膜の他方の面で圧力チャンバに対向するようにする別のステップを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。 The joint structure of the thin film (18) having the rigid substrate (22) and the actuator (20) is joined to the chamber plate (14) in which the pressure chamber (16) is formed, and the actuator is connected to the pressure chamber on the other surface of the thin film. 9. A method according to any one of claims 1 to 8 , comprising the further step of making them face each other.
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